Frage & Antwort

Das Beispiel mit dem Zug Warum ist nichts schneller als Licht?

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Die Geschwindigkeit eines Lichtstrahls in einem fahrenden Zug addiert sich nicht auf die Fahrtgeschwindigkeit.

(Foto: imago/Photocase)

Reisen schneller als das Licht gehören zum Standardrepertoire von Science-Fiction-Werken. Doch in Wirklichkeit ist dies ein Ding der Unmöglichkeit - das wusste bereits Albert Einstein. Aber wieso kann sich nichts schneller bewegen als das Licht?

Mit der Frage, wie die Welt von einem Lichtstrahl aus erscheint, hat sich Albert Einstein schon im Kindesalter beschäftigt. Als Erwachsener hat er dann die Frage beantwortet, nämlich mit der speziellen Relativitätstheorie. Die Theorie erklärt eine für den "gesunden" Menschenverstand nur schwer zu begreifende Beobachtung: Die Lichtgeschwindigkeit ist für alle Beobachter, egal ob sie sich bewegen oder nicht, immer gleich groß, wie genaue Messungen bereits vor Einsteins Relativitätstheorie gezeigt haben.

Das ist sehr eigenartig. Wirft man zum Beispiel einen Ball in Fahrtrichtung eines Zuges und steht dabei auf einem Zugabteil, ist für den am Bahngleis stehenden Beobachter der Ball immer relativ schneller als für den, der im Zug ist. Die Geschwindigkeiten des Zugs und des Balls lassen sich einfach zusammenzählen. Schießt man aber nun zum Beispiel im Zug einen Lichtstrahl ab, dann messen beide Beobachter die gleiche Geschwindigkeit: 300.000 Kilometer pro Sekunde. Dies hat man durch einfache, aber hochgenaue Messungen ermittelt.

Einstein benutzte dann das Relativitätsprinzip, welches auf den italienischen Universalgelehrten Galileo Galilei zurückgeht: Die Gesetze, mit denen der Mensch die Bewegung von Objekten beschreibt, dürfen nicht davon abhängen, ob man sich selbst bewegt, etwa im Zug, im Flugzeug oder in einer Rakete, oder ob man relativ dazu stillsteht. Aus beidem, der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit und dem Relativitätsprinzip, folgt die spezielle Relativitätstheorie Einsteins. In dieser Theorie ist es folgerichtig, dass nichts schneller fliegen kann als das Licht.

Zeit dehnt sich unendlich

Warum ist das so? Um das zu verstehen, nehmen wir als Beispiel wieder die zwei Beobachter. Messen die beiden exakt gleiche Zeiten und Abstände zum Beispiel für die Bewegung des Lichts vom Ende zur Spitze des Zuges, dann muss der Lichtstrahl vom Bahnsteig aus betrachtet schneller sein als im Zug.

Wird die Lichtgeschwindigkeit aber von beiden gleich gemessen – wie inzwischen vielfach hochpräzise nachgewiesen –, geht das nur, wenn sich im fahrenden Zug die Zeit dehnt und Abstände relativ zum Bahnsteig schrumpfen. Diese Zeitdehnung wird bei der Lichtgeschwindigkeit unendlich groß. Und darum bleiben massive Objekte immer langsamer als das Licht.

Weiterlesen: Dieser Artikel erschien zuerst auf helmholtz.de.

Quelle: n-tv.de, Benjamin Haerdle/helmholtz.de

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